欲与嫦娥共舞——月球测绘引领未来

又是一年月圆时，年年望相似的明月如今离人类更近了。随着人类第二次探月高潮拉开序幕，来自地球的测绘科技文明与九天嫦娥共舞。测绘月球，绘制三维月球地图，搭建月球空间信息平台，测绘科学家正在全力谋划，助人类踏上梦想的天阶。2003年3月1日，我国政府正式启动了月球探测计划。我国对月球的探测计划具有非常科学的目标，重点突出，起点很高，需要与月球探测相关的各项科学技术的有力保障。配合我国月球探测计划，有关月球测绘的研究受到我国测绘界的高度重视。国家测绘局密切关注我国科技发展动向，积极配合探月工程，在今年发布的《测绘科技发展”十一五”规划》中明确提出，实施月球测绘技术研究，为月球探测工程提供保障。在我国测绘工作开始不断从陆地向海洋、深空拓展的新形势下，月球测绘不仅对我国探月工程有着极为重要的现实意义，而且将引领测绘工作向更高更新的方向健康发展。[编者按]     

与鹤共舞的草海

开车从贵阳市出发,上清镇高速,走水黄公路,经终年云雾的梅花山,来到了风景如国的威宁彝族苗族回族自治县境内,威宁位于贵州省的西部,和云南接壤,因为偏远和贫瘠,很长一段时间都默默无闻,鲜为人知,直到1992年,越来越多的黑颈鹤飞到威宁的草海越冬,才让这个不起眼的小县渐渐为人瞩目起来。     

嫦娥三号着陆器精确定位与精度分析

嫦娥三号成功实施月球软着陆,对着陆器实施精确定位是开展科学数据分析的基本要求。本文首先描述了月球着陆器定位的精确观测建模与统计定位方法,然后使用嫦娥三号着陆器现有测量数据进行了定位计算,利用月球高程模型和光学图像数据计算位置对定位结果进行了比较。结果表明,着陆器计算位置与高程模型的高程方向差异为4.5 m,与光学图像解算的三维位置差异小于100 m。最后,基于协方差分析理论,分析了当前测量条件下的着陆器定位能力,结果表明测距数据的系统偏差是制约定位精度的主要因素,如果能消除测距系统偏差,可以实现10 m定位精度。     

嫦娥四号着陆点高精度定位图

正嫦娥四号探测器于2019年1月3日在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑成功软着陆。封面展示了着陆区数字高程模型(下图)、着陆器监视相机影像单像量测结果 (右上图)和嫦娥四号着陆点定位图(左上图)。基于多源影像,利用影像特征匹配定位和单像视觉测量定位技术,确定了嫦娥四号着陆点的精确位置为(177.588°E, 45.457°S)。更多信息及技术细节见本期177页。     

遥感制图与导航定位技术在嫦娥三号遥操作中的应用

系统介绍了嫦娥三号遥操作中基于影像的遥感制图与导航定位技术的应用方法。利用降落相机序列影像实现了嫦娥三号着陆器在嫦娥二号卫星影像上的高精度定位,并生成了着陆区高精度3维制图产品;利用导航相机立体影像生成巡视器周围地形产品,采用站间影像匹配定位和DOM匹配的方式实现了玉兔号月球车的连续高精度定位;将高精度的定位结果和制图产品应用于月球车遥操作任务规划中,为月球车的安全行驶和科学探测提供了精准的定位和3维地形信息。月球车月面巡视探测工作的顺利完成,验证了这些应用技术的可靠性。     

嫦娥一号激光高度计数据交叉点分析与平差处理

本文对嫦娥一号激光高度计进行了轨道交叉点分析和平差方法研究。根据获取的912万个激光高度测量点进行交叉点计算,产生了整个月球表面140多万个轨道交叉点,对交叉点的位置分布特点与交叉点不符值的时间分布特性进行了系统分析,并运用4种基于时间的函数模型对交叉点不符值进行平差处理和对比分析。在试验区(0°N~60°N, 50°W~0°W)内,4种交叉点平差模型均能使交叉点高程不符值中误差从平差前的62.1m降至37m以内,在此基础上产生的DEM条带现象消失或减弱,表明交叉点平差能明显改进DEM的质量。     

嫦娥二号CCD立体相机数据预处理与数据质量评价

嫦娥二号是中国探月工程二期月面软着陆和巡视探测的先导星,经过为期半年多的科学探测,CCD立体相机获取了空间分辨率7m的全月球影像数据,对于后续月球探测和月球科学研究具有非常重要的意义。本文介绍了CCD立体相机的数据获取、数据预处理、数据格式和数据质量情况,有助于月球科学家了解数据产品情况,挖掘数据中更多的科学信息,开展月球科学研究。     

欲上青天揽明月

皓月当空,银光倾泻。此情此景,最能勾起人们的无限遐思。张九龄望月怀远,“海上生明月,天涯共此时”（《望月远怀》）。卢纶“三湘衰鬓逢秋色,万里归心对月明”（《晚次鄂州》）。李冶“离人无语月无声,     

嫦娥一号DEM数据月表撞击坑自动检测

基于嫦娥一号数字高程模型(DEM)数据,利用地形信息参数来描述月表撞击坑的边缘轮廓特征,采用Hough变换检测方法提取了月表撞击坑。将该方法应用于克拉维乌斯(Klavius)撞击坑的周围区域,在DEM数据500 m空间分辨率下,不考虑退化严重的撞击坑时,检测百分比D=90%,分支系数B=0.30,质量百分比Q=71%,在考虑退化严重的撞击坑时,D=71%,B=0.30,Q=58%;研究表明该算法对没有退化或轻微退化的撞击坑有很好检测效果。与基于影像数据月表撞击坑自动检测的研究进行比较,本文给出的算法具有更高的检测精度,同时虚假检测较少。证明该方法用于月表撞击坑的自动检测是可行的。     

“嫦娥一号”卫星摄影测量综述

本文介绍了在“嫦娥一号”月球探测工程中,为实现对月球表面进行三维立体成像,获取月球三维影像图的科学目标,西安测绘研究所的科研人员所做的科学研究工作,阐述了“嫦娥一号”工程涉及到的摄影测量理论、技术和方法,展示了“嫦娥一号”卫星的摄影测量研究成果和月球影像的数据处理结果,提出了深入进行月球探测的建议,为读者了解我国探月卫星的摄影测量现状,提供基本参考。     

多源数据的嫦娥四号着陆点定位

嫦娥四号着陆点的精确定位对于工程任务安全高效实施至关重要。本文基于嫦娥二号正射影像、LROC NAC正射影像、嫦娥四号降落相机影像、嫦娥四号监视相机影像等多源数据,利用影像特征匹配定位和单像视觉测量定位技术,确定了嫦娥四号着陆点的精确位置为(177.588°E,45.457°S)。本研究结果对综合利用多源数据深入开展着陆区科学研究具有重要意义。     

嫦娥一号IIM数据应用处理流程分析

对嫦娥一号干涉成像光谱仪（IIM）数据的特点进行了分析,并就存在的一些问题提出了解决方案,制定了IIM数据应用处理流程,为该数据的正确使用提供方法参考。研究结果表明,在空间域传感器左侧响应偏低,右侧响应偏高;在波谱域长波段响应存在较大偏差。经过绝对定标和辐射畸变校正后的反射率与地基望远镜光谱匹配良好,可以用于应用研究。利用校正后的数据对Aristarchus地区岩石类型开展初步研究的结果表明,该地区在纵向和横向上都存在岩性的多样性。校正后的图像不仅提高了分类精度,还被识别出撞击坑可能存在的滑坡。嫦娥一号IIM能够在全球、区域和局部尺度上以较高的空间分辨率和光谱分辨率获取月表元素和矿物成分信息,有助于深化对月球形成和演化的认识。     

嫦娥二号影像密集匹配及DEM制作方法

嫦娥二号卫星搭载了一台两线阵CCD立体相机,以线阵推扫成像方式获取了覆盖全月球的7 m分辨率影像。与嫦娥一号影像相比,影像分辨率大大提高,月表地貌细节更加丰富,制作高分辨率月表DEM更加复杂而困难,现有的基于嫦娥影像制作方法难以满足应用需求。针对嫦娥二号影像特点,在基于RPC模型生成近似核线影像基础上,进行金字塔影像匹配,实现了原始影像的逐像素匹配;计算匹配点的月面坐标后,采用基于反距离插值方法生成月表三维地形;对于图像阴影等地形漏洞,采用基于径向基函数进行插值填补。试验结果表明,该方法生成的月表三维地形DEM数据,能准确真实地表达高分辨率的月表地形地貌细节,并较好地应用于嫦娥二号全月球三维地形DEM数据产品的生产任务中。     

神五之后——“嫦娥”探月

国家航天局今年3月1日宣布，我国将于今年启动“嫦娥工程”，开展以月球探测为主的深空探测预先研究。     

嫦娥三号着陆器下降序列影像匹配方法研究

通过对嫦娥三号着陆器下降序列影像特点进行研究,联系国内外影像匹配算法的发展历史与优化趋势,针对所获取的嫦娥三号下降序列影像缩放旋转平移变换多样的特点,比较各种图像匹配的方法,选择一种尺度不变特征转换算法(Scale Invariant Feature form),简称SIFT算法。根据SIFT算法的主要过程,用MATLAB软件对算法代码进行实现,经过调试后对嫦娥三号下降序列影像进行匹配,设计实验从匹配的正确率、匹配的时间和匹配的精度3个层面对匹配方法的性能进行分析,试验结果表明此算法适用于嫦娥三号下降序列影像的匹配。该算法适用于下降序列影响的匹配中,得到的数据为航天探测的后续操作提供精准的数据基础。     

嫦娥一号立体影像的摄影测量内部精度估算

对嫦娥一号的摄影测量而言有两个层面,第一是我们承担地面模型快速反演任务,该成果关系到的是内部精度,此时摄影测量处理不需卫星提供外方位元素值,也无需月面控制点,具有快速反演的条件。第二是测绘月球地形图,属于月球坐标系内的成果,关系到的是绝对精度。本文着重对内部精度加以估算,主要用于评估工程方案的可行性。     

嫦娥三号月基光学望远镜几何定位精度分析

介绍了嫦娥三号月基光学望远镜的工作原理、涉及的坐标系统及其转换关系, 研究探测数据的几何定位方法, 并通过算例分析几何定位精度。研究结果显示, 通过几何定位能够得到误差小于0.2°的天体天文坐标, 解算精度优于月基光学望远镜的指向精度。     

基于嫦娥二号立体影像的全月高精度地形重建

提出了一种针对嫦娥二号高分辨率立体影像的全月处理方法,采用5个激光反射器的月面位置作为绝对控制点,制作了一个新的全月地形产品（CE2TMap2015）,包括7 m、20 m和50 m 3种不同分辨率类型的数据,实现了全月球范围内的无缝镶嵌和高精度绝对定位,数字高程模型（DEM）和数字正射影像（DOM）均实现了全月球覆盖。在评估CE2TMap2015地形数据产品平面位置精度和高程精度的基础上,与SLDEM2013、GLD100和LOLA DEM等全月地形产品进行了比较,结果显示CE2TMap2015地形数据产品在空间分辨率、全月覆盖率、数据连续性、绝对定位精度和地貌结构细节表达等方面与其他全月地形产品相比具有明显的优势,可广泛用于月球科学研究和应用。